CFG樁復(fù)合地基在道路軟基問題中的應(yīng)用實例

葉張顏

(恩施州公路管理局，湖北 恩施 445000)

0 引 言

近年來，我國公路建設(shè)飛速發(fā)展。但由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，公路建設(shè)中面臨的地基問題也日益復(fù)雜。地基處理不好，將對路基的穩(wěn)定和安全造成不利影響，加重后期養(yǎng)護成本。軟土地基問題成為影響公路質(zhì)量和運營安全的關(guān)鍵因素之一。目前，各類地基處理技術(shù)和方法中，水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)成為典型代表，得到大力推廣和廣泛應(yīng)用。

在恩施地區(qū)CFG樁屬于新樁型，由于施工經(jīng)驗少，控制難點多，易出現(xiàn)質(zhì)量事故。因此質(zhì)量控制要求較嚴格，除嚴格執(zhí)行施工要求外，成樁以后的檢測顯得尤為重要。

1 工程實例

1.1 工程基本概況

本工程地處209國道恩施龍鳳壩至譚家壩段，擬修建C20片石混凝土路堤墻，地基承載力滿足設(shè)計大于等于400 kPa要求后澆筑基礎(chǔ)和墻身，再于路堤墻頂面填筑達到路基設(shè)計頂面高程。場地屬構(gòu)造侵蝕剝蝕丘陵地貌，地形起伏不大。路線沿丘陵溝谷地貌略呈弧線形展布，坡頂及溝槽處分布殘坡積層，為紫紅-黃褐色軟塑狀含碎石粉質(zhì)黏土，厚度不大，潮濕～濕，工程地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)相對較差。地表水、地下水均不發(fā)育。

為了保證C20片石混凝土路堤墻基礎(chǔ)的承載能力，建設(shè)單位對現(xiàn)場進行勘察，檢測情況顯示該施工段路基地層分布有填筑土、種植土、粉質(zhì)粘土，局部地基分布有淤泥質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)松散、欠固結(jié)、均勻性差，物理力學(xué)性質(zhì)較差，壓縮性高、承載力低；局部地段處于原堆積體之上且地下水較為豐富，還有處于稻田、淤泥段且常年積水的地基。

1.2 地基處理方案確定

地基處理設(shè)計時，應(yīng)本著安全、適用、經(jīng)濟的原則，選取最佳的地基處理形式，目的就是為工程建設(shè)縮短工期，減少投資。根據(jù)本場地土質(zhì)情況，勘察報告提出了幾種技術(shù)可行的處理方案：(1)挖淤換填處理；(2)取消路堤墻采用填方填筑；(3)CFG樁擋墻基礎(chǔ)加固。

其中挖淤換填工程量大，且施工現(xiàn)場淤泥不便于運輸，淤泥堆棄不利于環(huán)保。如果取消路堤墻采用填方填筑，填方邊坡1∶1.5會增加占地面積，施工現(xiàn)場征地協(xié)調(diào)難度大，還需拆遷兩棟房屋。而CFG樁擋墻基礎(chǔ)加固，施工進度快，并能對路堤墻基礎(chǔ)持力層有效加固，保證地基承載力。通過對以上方案從技術(shù)經(jīng)濟、社會效益各方面比較得出結(jié)論，決定選取CFG樁加固地基更合理。

1.3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計

本工程中CFG樁樁長采用12.0 m和9.0 m兩種，樁徑均為50 cm，正三角形布置，樁間距為1.2 m，單樁承載力特征值分別為1 000 kN和700 kN，采用振動沉管法施工，穿透軟土層進入持力層不小于50～100 cm。處理寬度14 m，長150 m，處理完后CFG樁復(fù)合地基承載力特征值不小于400 kPa。

2 CFG樁復(fù)合地基處理效果分析

2.1 現(xiàn)場開挖測試

為驗證CFG樁的質(zhì)量，深度不一地開挖了五根樁，具體樁號為：A2-13、A3-15、B1-10、C3-11、S1-8。從表1所示的開挖實際情況來看，本次施工的CFG樁外壁表面光滑，樁徑均勻，未發(fā)現(xiàn)斷樁、嚴重縮頸等不良現(xiàn)象，尤其坍落度控制在3～5 cm，成樁效果好。同時，少量樁身混凝土中也存在夾層的情況，分析其原因是由于提鉆太快泵送混合料跟不上提鉆速度或者是相鄰樁太近串孔造成。

表1 CFG樁現(xiàn)場開挖測試匯總表

2.2 抽芯樁身混凝土抗壓強度試驗

本次試驗共從三根樁抽取了3組芯樣制作成10 cm×10 cm×10 cm標準試樣，進行了單軸抗壓強度試驗，試驗結(jié)果列于表2。

從表2中的抗壓試驗效果看，CFG樁混凝土強度均大于設(shè)計值C20，強度分布均勻，自上而下，混凝土強度逐漸提高，下部混凝土由于有效高壓力，密實性、均勻性較上部好。

表2 樁身混凝土抗壓強度匯總表

2.3 低應(yīng)變測試

低應(yīng)變測試以反射波法進行，主要目的檢測樁身結(jié)構(gòu)完整性。根據(jù)樁的彈性波振動的時域曲線和頻率曲線的表現(xiàn)特征，分析樁身混凝土質(zhì)量及樁身完整性，對樁身質(zhì)量做出評價。

通過多次試驗，選擇了正確的擊發(fā)、接收措施，測試效果良好，共測試102根樁，典型的測試波形圖如圖1所示。所測波速正常，平均波速3 427 m/s，除D-7號樁1.7 m處存在輕微縮頸外，其余各樁樁身良好，樁底清晰，Ⅰ類樁占總樁數(shù)的92%，由此證明施工質(zhì)量良好。

圖1 低應(yīng)變典型波形圖

2.4 單樁靜載荷試驗

對該試驗段隨機抽取六根CFG樁作為試樁進行單樁豎向靜載荷試驗。試驗時各單樁均壓至破壞，將荷載—沉降觀測原始結(jié)果進行匯總計算分析，豎向靜載荷試驗成果見表3。

表3 單樁豎向靜載成果表

按照上述數(shù)據(jù)加以說明分析，q-s曲線如圖2所示。從q-s曲線圖上可以看到，B-5、C-13兩樁曲線較類似，至破壞前，q-s曲線沉降量隨荷載增加而逐漸加大，變化較均勻。當(dāng)荷載加至最后幾級時，q-s曲線出現(xiàn)巨變，至最后一級，曲線陡降。卸載后，回彈量小，表明此時樁端已產(chǎn)生刺入破壞。

圖2 試樁q-s曲線匯總圖

根據(jù)以上靜載荷試驗結(jié)果可以判定：樁長12 m的單樁極限承載力在1 350～1 00 kN之間，比理論計算值1 000 kN提高了35%～40%。樁長9 m的單樁極限承載力在800～1 000 kN之間，比理論計算值700 kN提高了14%～42%左右。這說明是摩擦型樁，該理論計算比較確切，提高的量值是由于內(nèi)側(cè)摩阻力存在。

2.5 復(fù)合地基檢測

CFG樁施工結(jié)束后，對該試驗段進行了1組四樁復(fù)合地基豎向靜載荷試驗。設(shè)計群樁復(fù)合地基承載力為4 200 kN。經(jīng)測設(shè)四樁承臺極限承載力值大于5 200 kN，比理論計算值(4 200 kN)至少提高22%以上，由于總沉降量8.37 mm，根據(jù)埋設(shè)土壓力計測試表明，地基土受力極小，因此四樁承臺極限承載力有較大富裕，可以達到6 400 kN以上。

在樁頂土體不同位置埋設(shè)了土壓力計，測試結(jié)果如圖3所示。測試結(jié)果表明荷載達到設(shè)計值(4 200 kN)125%，群樁仍未破壞，此時樁頂土壓力計顯示受力1 200 kN，而土體土壓力計顯示僅僅1～2 kPa。群樁復(fù)合地基試驗表明，只有當(dāng)沉降量達到一定數(shù)量，地基土承載力才會真正發(fā)揮出來，對于沉降到8.37 mm時，承載力主要由CFG樁承擔(dān)。有一點可以說明由于群樁效應(yīng)，承載力衰減百分量小于10%，這是因為到5 200 kN時，群樁荷載仍未達到極限。實際四根樁最大荷載5 800 kN。由此可以分析樁間距在1.2 m時，群樁效應(yīng)最明顯，效果也最好。

圖3 群樁試驗樁土應(yīng)力隨荷載變化圖

2.6 加固前后取土物理力學(xué)指標

振動沉管施工方法的基本原理為擠土法，CFG樁施工后能有效的對路堤墻基礎(chǔ)持力層進行加固，保證地基承載力，加固前后分別取土進行物理力學(xué)指標對比，力學(xué)指標成果見表4。

表4 加固前后取土物理力學(xué)指標表

3 結(jié) 論

通過實例分析可以看出，經(jīng)過試樁施工，各項檢測指標均能滿足設(shè)計要求，路堤墻基礎(chǔ)持力層得到了有效的加固。CFG樁由于自身具有一定的粘結(jié)性，可在長范圍內(nèi)受力，充分發(fā)揮樁周摩阻力和端承力的作用。復(fù)合地基的承載力也大幅度提高，并有沉降小，穩(wěn)定快的特點。CFG樁復(fù)合地基是一種經(jīng)濟、有效的軟土路基處理方法。